资源简介

八年级上册第五章第一节《建筑结构与工程》教案
一、核心概念与跨学科概念
1.核心概念
物质与运动：建筑结构是承受和传递荷载的体系；不同结构形式决定受力与形变特征。
技术与工程：框架、壳体、实体结构是人类应对不同功能需求的空间创造。
2.跨学科概念
系统与模型（把“荷载→结构→形变”视为受力系统）
稳定与变化（荷载增加→形变增大→结构失效）
二、教学目标
维度 目标内容
科学观念 说出框架、壳体、实体三种结构特征及受力特点；能解释“形变-荷载”正相关。
科学思维 能用“受力-形变”模型比较三种结构；能用控制变量法测试框架形变与荷载关系。
探究实践 完成“三种结构承重对比”实验，测荷载-形变数据，误差≤5%；完成“框架形变与荷载”定量测试。
态度责任 认识结构安全对生命的保障；愿意在社区科普“安全建筑与抗震知识”。
教学重难点
重点：三种结构受力特征及比较；形变与荷载正相关实验得出。
难点：壳体结构“曲面传力”微观解释；实体结构“整体承压”与框架“杆件受弯”差异。
四、教学准备
教师：木条框架、塑料蛋壳、泡沫实体块；定量测试：弹簧测力计、位移传感器、砝码、铁架台
学生：任务单、计算器、红蓝贴纸
五、教学过程
1 情境导入 播建筑都有结构，如房屋的结构、桥梁的结构、塔的结构等。建筑结构展示了人类的智慧和创造力，带来了美的享受。那么，建筑结构有什么特点？这样的结构对其功能的实现有什么独特的价值？→提问：“鸟巢为什么用框架而不用实心？” 学生答“轻、强”
结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列，结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的功能。
设计意图：国家工程情境
2 三种结构 框架结构：以刚性的杆作为梁和柱组成的结构刚性的杆按一定的规则在空间排布，支撑空间而不充满空间，共同承受所受的力。广泛用于房屋建造、桥梁工程、航空工业等,材料可以是木材、金属、塑料等。
壳体结构：层状结构，由若干块薄板组成的、薄板做成具有曲面轮廓的外形，看起来造型轻巧而优雅。拱形曲面可以把受到的力均匀分散在结构体的各个部分，能承受较大的力，使结构更加坚固。
实体结构：结构体本身是实心结构，利用自身来承受力，承受的力分布在整个实体上。桥墩、房屋基座、雕塑基座、城墙等都属于实体结构。建筑物基座通常由石头、混凝土等材料做成实心的结构，承担基座上方建筑物所受的重力。
展示模型：木条框架、塑料蛋壳、泡沫实体→贴卡片分类 用卡片贴分类
3 受力对比实验 建筑都有它特定的架构形态，以体现它的结构特性。一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。建筑是由建筑材料按一定规则组成的受力结构体系，各个部分（如梁、柱等）相互联结成为一个整体，起着承受外力（又称荷载）作用，并将其传递到基座。其他结构：剪力墙、筒体、拱、桁架、网架、悬索
4结构受力与形变 从受力的角度看，结构是指能够承受一定力的架构，它能通过形变来抵抗力的作用。每个结构需要承受一定大小的力的作用。用相同材料制作的形状不同的结构，或不同材料制作的形状相同的结构，其能够承受力的大小是不同的。分析作用在结构上的力，以及这样的结构能否承受这些力的作用，以确定结构的稳定性、可靠性。
探索活动：1.图甲，取一根长20cm、直径2cm的弹性橡胶棒，将橡胶棒当作结构的构件。
2.用两手抓住橡胶棒两端，用力向外拉伸，图乙，观察橡胶棒因受拉力而产生的形变。
3.用两手抓住橡胶棒两端，用力向内挤压，图丙，观察橡胶棒因受压力而产生的形变。
4.将橡胶棒两端支起来，中间悬空，用力向下压橡胶棒的中部，图丁，观察橡胶棒因中部受压力而产生的形变。
实验表明，当物体受到不同的力作用时，会产生拉伸、压缩、弯曲等形变。通常情况，结构的构件可能会同时受到多个力的作用，此时，该构件会产生多种形式的形变。
思考与讨论：跳水的跳板用弹性材料做成.其一端固定、运动员站在另一端，跳板形变，产生弹力帮助运动员起跳。请分析跳板的形变情况。
5 三角形桁架结构是由杆件连接成三角形的一种空间结构。当三角形桁架上部受到压力F1时，压力F1会通过杆件传递给整个桁架，此时，B、C杆件被压缩，A杆件被拉伸，虚线为形变后的情况。
有些建筑物采用弧形拱结构。当弧形拱受到向下压力F1时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F1被拱传递，对基座产生作用力，基座便产生竖直向上的支持力F2、F3和水平方向的力F4、F5。
6 建筑结构的功能 结构在外力的作用下，维持其原有的平衡状态的能力，叫作结构的稳定性。建筑物需要良好的结构稳定性。结构的稳定性是结构的重要性质之一。建筑结构的重心高低和支撑面的大小对结构的稳定性有影响。上海东方明珠电视塔建造的底座支撑面大、整体重心低。
探索活动：1.把四根短木棒钉起来。形成一个长方形结构，在一个角上作用力F，如图甲，观察长方形结构是否比较容易变成一个如图乙的平行四边形结构。 2.把三根短木棒钉起来，形成一个三角形结构，在一个角上作用力F，如图丙.观察三角形结构是否比较容易发生改变。
四边形结构在力的作用下，很容易产生形状的改变；三角形结构在力的作用下，其结构保持不变。三角形是所有几何形状中最坚固稳定的结构。因此，三角形结构的稳定性在生产和生活中得到广泛应用。三角形结构屋顶、三角形吊臂、三角形钢架桥等都利用了三角形结构的稳定性。结构的强度是指结构抵抗外力作用的能力。结构的强度与结构的形状、材料、连接方式等有密切的关系。
三角形是框架结构中最基本的构造之一。如图所示，人们在长方形或六边形等框架中，通常加入支撑杆件，构成多个三角形，这样可以大大增加结构的强度，使结构承受更大的荷载。相同材料制成的框架构件，采用的截面不同，如工字形、口字形、环形、方形和圆形等，其承受力的大小也不一样。
相同形状的不同材料制成的结构构件，其强度也不相同，在生产中，通常会根据用途选择合适材料。例如，混凝土具有较好的抗压性，但抗拉性比较差。在制作混凝土梁的时候，通常在混凝土中加入钢筋，借助钢材的抗拉性提升梁的强度。
建筑的结构决定了其功能，结构的变化可能会使建筑的功能得以增强，更好地应用于不同的环境。功能的实现需要相应的结构来保障，当然，良好的结构设计不仅表现在其功能上，还需要表现在其形式上，如展现美，反映出时代特征、文化内涵等。国家游泳中心，别名“水立方”，它用半透明外膜覆盖，其重仅为同尺寸玻璃的百分之一，如同一座隔热的温室，大约20%的太阳能被用来提高泳池和室内的温度，这些半透明外膜使“水立方”白天光线充足。“水立方”是“绿色、科技、人文”理念与建筑功能的结合。
7 生活应用 案例：①石拱桥实体②蛋壳顶壳体③摩天楼框架 抢答：为何选此结构？
设计意图：迁移应用
8 安全责任 新闻：框架结构超载倒塌→讨论：“怎样避免？” 写1条“结构安全”提示 责任升华
六、板书设计
5.1建筑结构与功能
三种结构
框架：杆件受弯→轻、空间大
壳体：曲面分散→薄、覆盖大
实体：整体压缩→重、承压大
受力比较：同荷载：框架形变＞壳体＞实体
生活应用：框架楼、蛋壳顶、石拱桥
安全责任：不超载、定期检、抗震设计
七、作业设计
作业本对应练习
家庭实验：用硬纸片做“壳体桥”并测承重。
设计“纸质壳体屋顶”模型图。
八、教学反思(共20张PPT)
5.1 建筑结构与功能
【第五单元 建筑结构与工程】
八年级上册
建筑都有结构，如房屋的结构、桥梁的结构、塔的结构等。建筑结构展示了人类的智慧和创造力，带来了美的享受。那么，建筑结构有什么特点？这样的结构对其功能的实现有什么独特的价值？
结构是指组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列，结构普遍存在于自然界和人类创造的各种事物中，不同的事物往往具有不同的结构，不同的结构具有不同的功能。
建筑结构
框架结构
以刚性的杆作为梁和柱组成的结构刚性的杆按一定的规则在空间排布，支撑空间而不充满空间，共同承受所受的力。
广泛用于房屋建造、桥梁工程、航空工业等,材料可以是木材、金属、塑料等。
壳体结构
层状结构，由若干块薄板组成的、薄板做成具有曲面轮廓的外形，看起来造型轻巧而优雅。拱形曲面可以把受到的力均匀分散在结构体的各个部分，能承受较大的力，使结构更加坚固。
实体结构
结构体本身是实心结构，利用自身来承受力，承受的力分布在整个实体上。桥墩、房屋基座、雕塑基座、城墙等都属于实体结构。建筑物基座通常由石头、混凝土等材料做成实心的结构，承担基座上方建筑物所受的重力。
建筑都有它特定的架构形态，以体现它的结构特性。一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。建筑是由建筑材料按一定规则组成的受力结构体系，各个部分（如梁、柱等）相互联结成为一个整体，起着承受外力（又称荷载）作用，并将其传递到基座。
其他结构：剪力墙、筒体、拱、桁架、网架、悬索
结构受力与形变
从受力的角度看，结构是指能够承受一定力的架构，它能通过形变来抵抗力的作用。每个结构需要承受一定大小的力的作用。用相同材料制作的形状不同的结构，或不同材料制作的形状相同的结构，其能够承受力的大小是不同的。
分析作用在结构上的力，以及这样的结构能否承受这些力的作用，以确定结构的稳定性、可靠性。
1.图甲，取一根长20cm、直径2cm的弹性橡胶棒，将橡胶棒当作结构的构件。
2.用两手抓住橡胶棒两端，用力向外拉伸，图乙，观察橡胶棒因受拉力而产生的形变。
3.用两手抓住橡胶棒两端，用力向内挤压，图丙，观察橡胶棒因受压力而产生的形变。
4.将橡胶棒两端支起来，中间悬空，用力向下压橡胶棒的中部，图丁，观察橡胶棒因中部受压力而产生的形变。
实验表明，当物体受到不同的力作用时，会产生拉伸、压缩、弯曲等形变。通常情况，结构的构件可能会同时受到多个力的作用，此时，该构件会产生多种形式的形变。
横梁呈水平放置、承受竖直方向的力的作用，产生形变。
横梁
跳水的跳板用弹性材料做成.其一端固定、运动员站在另一端，跳板形变，产生弹力帮助运动员起跳。请分析跳板的形变情况。
三角形桁架结构是由杆件连接成三角形的一种空间结构。当三角形桁架上部受到压力F1时，压力F1会通过杆件传递给整个桁架，此时，B、C杆件被压缩，A杆件被拉伸，虚线为形变后的情况。
有些建筑物采用弧形拱结构。当弧形拱受到向下压力F1时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F1被拱传递，对基座产生作用力，基座便产生竖直向上的支持力F2、F3和水平方向的力F4、F5。
请分析图中石拱桥A、B、C、D四处石块的受力情况。
建筑结构的功能
结构在外力的作用下，维持其原有的平衡状态的能力，叫作结构的稳定性。建筑物需要良好的结构稳定性。结构的稳定性是结构的重要性质之一。
建筑结构的重心高低和支撑面的大小对结构的稳定性有影响。
上海东方明珠电视塔建造的底座支撑面大、整体重心低。
1.把四根短木棒钉起来。形成一个长方形结构，在一个角上作用力F，如图甲，观察长方形结构是否比较容易变成一个如图乙的平行四边形结构。
2.把三根短木棒钉起来，形成一个三角形结构，在一个角上作用力F，如图丙.观察三角形结构是否比较容易发生改变。
四边形结构在力的作用下，很容易产生形状的改变；三角形结构在力的作用下，其结构保持不变。三角形是所有几何形状中最坚固稳定的结构。因此，三角形结构的稳定性在生产和生活中得到广泛应用。
三角形结构屋顶、三角形吊臂、三角形钢架桥等都利用了三角形结构的稳定性。
结构的强度是指结构抵抗外力作用的能力。结构的强度与结构的形状、材料、连接方式等有密切的关系。
三角形是框架结构中最基本的构造之一。如图所示，人们在长方形或六边形等框架中，通常加入支撑杆件，构成多个三角形，这样可以大大增加结构的强度，使结构承受更大的荷载。
相同材料制成的框架构件，采用的截面不同，如工字形、口字形、环形、方形和圆形等，其承受力的大小也不一样。
图是某建筑中使用的钢材，请画出所用钢材的截面图示，这样的截面有什么好处呢？
该钢材的截面形状为“工”形。工形钢的质量相对较轻，但具有较高的强度，能够承受较大的荷载。使得它在满足建筑强度要求的同时，还能减轻建筑物的整体质量，降低对地基的要求，从而节省材料和成本。
相同形状的不同材料制成的结构构件，其强度也不相同，在生产中，通常会根据用途选择合适材料。例如，混凝土具有较好的抗压性，但抗拉性比较差。在制作混凝土梁的时候，通常在混凝土中加入钢筋，借助钢材的抗拉性提升梁的强度。
建筑的结构决定了其功能，结构的变化可能会使建筑的功能得以增强，更好地应用于不同的环境。功能的实现需要相应的结构来保障，当然，良好的结构设计不仅表现在其功能上，还需要表现在其形式上，如展现美，反映出时代特征、文化内涵等。
国家游泳中心，别名“水立方”，它用半透明外膜覆盖，其重仅为同尺寸玻璃的百分之一，如同一座隔热的温室，大约20%的太阳能被用来提高泳池和室内的温度，这些半透明外膜使“水立方”白天光线充足。“水立方”是“绿色、科技、人文”理念与建筑功能的结合。
蜂窝结构
蜂窝由无数个大小相同的蜂房组成，蜂房都是六角柱体，每个蜂房都被其他蜂房包围，两个蜂房之间只隔着一堵蜂蜡制成的墙，这种结构非常精巧，用料也少，既适合蜜蜂近似圆柱形的身体，又提高了空间利用率。
蜜蜂能建筑精巧的蜂窝是长时间进化的结果，因此其结构和功能才能达到如此完美的程度。
蜂窝结构给工程师们以很大的启示人
们在设计一些强度高、用料小，还需隔
音和隔热的工程结构时，往往采用蜂窝
结构。例如，航天飞机、宇宙飞船等航
天器需要具备上述这些性能，它们的内
部大量地采用了蜂窝结构。

展开更多......

收起↑